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La diferencia secreta entre el ciclo Miller y el ciclo Atkinson: ¿Por qué se convierte más del 20% de la potencia de salida?
En el campo de la ingeniería de motores de combustión interna, el ciclo de Miller es un ciclo termodinámico. Este ciclo fue propuesto y patentado por el ingeniero estadounidense Ralph Miller en 1957, lo que marcó un cambio importante en la tecnología de los motores de combustión interna. Esta tecnología no sólo mejora la eficiencia operativa de los motores de combustión interna, sino que también sienta las bases para sistemas de energía respetuosos con el medio ambiente.
El diseño del ciclo Miller permite que el motor compense la pérdida de rendimiento causada por el ciclo Atkinson durante la operación.
Principios básicos del ciclo de Miller
Los motores de combustión interna de pistón tradicionales generalmente funcionan con cuatro tiempos, dos de los cuales se consideran tiempos de alta potencia: la carrera de compresión y la carrera de potencia. En el ciclo Miller, el tiempo de apertura de la válvula de admisión se prolonga para que parte del gas mezclado pueda ser expulsado temprano en la carrera de compresión, formando la llamada "quinta carrera". Aunque este diseño ayuda a mejorar la eficiencia de la conversión de energía, también crea desafíos porque parte del gas se devuelve al colector de admisión.
En el ciclo Miller, esta pérdida se compensa mediante el uso de un sobrealimentador, que mejora la eficiencia general del motor.
Temperatura de carga y relación de compresión
En el ciclo Miller, las bajas temperaturas aumentan la densidad del aire, aumentando así la potencia del motor sin aumentar la relación de compresión del cilindro y el pistón. Cuando se reduce la temperatura de carga, la mezcla de combustible se quema a mayor potencia, lo que ayuda a reducir las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx), especialmente en los motores diésel de servicio pesado.
Además, la excelente relación de expansión del ciclo Miller en comparación con la relación de compresión también permite extraer más potencia durante el proceso de combustión, lo que aumenta la eficiencia general del motor. Se puede observar que las aplicaciones potenciales de esta tecnología en la aviación y el transporte industrial son muy amplias.
Al aumentar la relación de compresión efectiva y la relación de expansión, el ciclo Miller logra el propósito de mejorar la eficiencia energética.
Beneficios y desafíos de los sobrealimentadores y turbocompresores
En el ciclo Miller, el sobrealimentador generalmente genera una pérdida de energía del 15 % al 20 % para impulsar el sobrealimentador para la carga, y esta es su desventaja. Pero en comparación, un turbocompresor puede utilizar los gases de escape de manera más eficiente y reducir la dependencia de la potencia y la pérdida de presión, especialmente cuando no se requiere un funcionamiento a baja velocidad.
Aunque hay un retraso en el rendimiento de los turbocompresores, a medida que avanza la tecnología, no se puede subestimar su potencial de aplicación en motores comerciales.
Ventajas y aplicaciones del ciclo Miller
La principal ventaja del ciclo Miller es que su relación de expansión es mayor que la relación de compresión, lo que permite una reducción más efectiva de las emisiones durante el funcionamiento y mejora aún más el rendimiento del motor. Esta tecnología es especialmente adecuada para motores diésel utilizados en barcos y grandes centrales eléctricas.
Aunque el ciclo Miller tiene una mejor producción de energía que el ciclo Atkinson, en aplicaciones prácticas todavía es necesario equilibrar la relación entre eficiencia y costo estructural para poder realizar ajustes de acuerdo con las necesidades reales.
En el contexto de la búsqueda del desarrollo sostenible, cómo integrar eficazmente estas tecnologías avanzadas será la clave para promover el avance de la tecnología de los motores de combustión interna.
Con la creciente demanda de viajes respetuosos con el medio ambiente, la tecnología de los motores de combustión interna se enfrenta a grandes desafíos y oportunidades. El mayor desarrollo y aplicación del ciclo Miller puede inyectar un nuevo impulso al transporte futuro. A medida que avanza la tecnología, ¿qué sistema de energía cree que se generalizará en el próximo mercado?
